Потенциал водорослей как источника биотоплива
Водоросли обладают высоким потенциалом в качестве сырья для производства биотоплива. По сравнению с другими видами биомассы, используемыми для получения биоэнергии, водоросли имеют ряд преимуществ:
Высокие темпы роста. Скорость наращивания биомассы водорослями значительно выше, чем у сельскохозяйственных культур, используемых для производства биотоплива (кукуруза, сахарный тростник и др.).
Не конкурируют за пахотные земли. Для выращивания водорослей не требуются обширные площади пахотных земель, как для традиционных энергетических культур. Их можно культивировать на непригодных для сельского хозяйства территориях и акваториях.
Не требуют пресной воды. В отличие от наземных растений, многие виды водорослей способны расти в соленой и солоноватой воде, что снимает проблему нехватки пресной воды.
Высокое содержание масла. Некоторые микроводоросли содержат до 70% масла от сухого веса биомассы, что значительно выше, чем у растительных масел, используемых сейчас для производства биодизеля.
Способы переработки водорослей в биотопливо
Существует несколько основных технологий преобразования биомассы водорослей в виды биотоплива:
Производство биодизельного топлива путем переэтерификации жиров и масел, извлеченных из водорослей, с использованием спирта (чаще всего метанола).
Получение биоэтанола из углеводов водорослей с помощью процесса ферментации.
Пиролиз и гидротермальная переработка биомассы водорослей с получением жидких и газообразных видов биотоплива.
Получение биогаза путем анаэробного сбраживания водорослей. В состав биогаза входит метан, который можно использовать как моторное топливо.
Гидрирование жиров из водорослей для производства жидких углеводородов, пригодных в качестве компонентов дизельного топлива и бензина.
Преимущества использования водорослей для производства биотоплива
По сравнению с традиционными источниками биомассы (сахарный тростник, кукуруза, рапс и др.), применение водорослей в качестве сырья для биотоплива имеет следующие преимущества:
Высокий выход биотоплива с единицы площади по сравнению с сельскохозяйственными культурами
Экономия земельных и пресноводных ресурсов
Снижение выбросов парниковых газов, поскольку в процессе фотосинтеза водоросли поглощают СО2
Высокая эффективность использования солнечной энергии — КПД фотосинтеза водорослей до 10% против 0,5% у наземных растений
Возможность круглогодичного культивирования при оптимальных условиях
Ключевыми факторами, которые пока сдерживают широкое промышленное производство водорослевого биотоплива, являются высокие затраты на культивирование водорослей и неразвитость технологий их переработки. Однако интенсивные исследования в этой области позволяют ожидать существенного прогресса в ближайшие годы.
Технологии культивирования водорослей для получения биотоплива
Для эффективного промышленного производства водорослевой биомассы как сырья для биотоплива используются следующие основные технологии культивирования:
| Открытые пруды и водоемы | — Простая и дешевая технология — Зависимость от климатических условий — Риск контаминации — Низкая плотность культуры |
| Замкнутые фотобиореакторы | — Высокий контроль условий роста — Круглогодичное использование — Высокая плотность культуры — Высокие капитальные затраты |
Открытые пруды и водоемы — наиболее простой и дешевый способ культивирования водорослей в промышленных масштабах. Однако такие системы сильно зависят от климатических факторов и времени года, а также подвержены риску контаминации посторонними организмами и загрязнения.
Замкнутые фотобиореакторы представляют собой системы, в которых создаются оптимальные контролируемые условия (температура, освещенность, питательные вещества) для круглогодичного культивирования водорослей. Используются различные конструкции фотобиореакторов:
Плоскопанельные
Трубчатые горизонтальные и вертикальные
Колонные
Периодического действия и др.
Преимуществом замкнутых систем является возможность круглогодичного выращивания водорослей при высокой плотности культуры и полном контроле условий. Однако фотобиореакторы требуют больших капиталовложений при строительстве и эксплуатации.
Интенсивные исследования по оптимизации технологий культивирования водорослей направлены на повышение продуктивности (урожайности) культур и снижение стоимости получаемой биомассы. Это ключевые факторы, которые в конечном итоге определят экономическую целесообразность и масштабы использования водорослей для производства возобновляемого биотоплива.
